LTE-A手機看門狗電路的設計與研究*

黃學達，翁明江

（重慶郵電大學重郵信科通信技術有限公司，重慶400065）

LTE-A手機看門狗電路的設計與研究*

黃學達，翁明江*

（重慶郵電大學重郵信科通信技術有限公司，重慶400065）

首先簡要介紹了LTE-A手機終端的系統結構，在此基礎上為解決LTE-A手機程序跑飛需要拔電池重啟的問題，提出了基于分立器件實現看門狗復位的設計方案，結合基帶處理器的通用輸入輸出接口進行軟件控制，能夠輸出滿足系統供自動重啟需要的復位時間，并對硬件進行了系統的測試，該看門狗電路具有較高的時效性和可靠性，有助于提高LTE-A手機系統的穩定性。

LTE-A手機；看門狗電路；分立器件；復位時間

LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演進版本，其目的是為滿足未來幾年內無線通信市場的更高需求和更多應用，滿足和超過IMT-Advanced的需求，同時還保持對LTE較好的后向兼容性。LTE-A采用了載波聚合（Carrier Aggregation）、上/下行多天線增強（Enhanced UL/DL MIMO）、多點協作傳輸（Coordinated Multi-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構網干擾協調增強（Enhanced Inter-cell Interference Coordination forHeterogeneous Network）等關鍵技術，能大大提高無線通信系統的峰值數據速率、峰值頻譜效率、小區平均譜效率以及小區邊界用戶性能，同時也能提高整個網絡的組網效率，這使得LTE和LTE-A系統成為未來幾年內無線通信發展的主流[1-5]。

采用某公司的LTE-A手機方案中，容易出現手機異常，基帶程序跑飛，即使按電源鍵重啟手機，由于電源管理芯片輸出的復位時間只有70 ms左右，系統內存在殘留電荷等原因，導致系統無法恢復正常，需要撥電池，使系統徹底斷電才能解決，目前的部分LTE-A手機無法打開后蓋取電池，針對無法取電池的LTE-A手機，本文提出一種外部看門狗電路方案，目的是增加系統復位時間，使系統程序跑飛后，能正常重新啟動系統，實際應用中發現工作不穩定，有時復位時間只有幾百毫秒，經過測試后提出看門狗電路的改進方案。

1 LTE-A手機系統方案介紹

LTE-A手機硬件框圖如圖1所示，外接WIFI/BT/ FM和GPS模塊，支持重力加速度，陀螺儀，電子羅盤，接近光和環境光傳感器，支持前、后攝像頭，支持6寸MIPI接口的LCD顯示屏以及集成電容觸摸屏，外加RF Transceiver和FEM，支持LTE-A雙天線。基帶處理器集成8核AP處理器，其復位信號由PMIC提供，復位時間70 ms，系統上電時，PMIC輸出70 ms的低電平Reset信號，系統加載正常后，Reset信號通過上拉電阻拉高到3.0 V。

圖1 LTE-A手機系統結構框圖

2 看門狗電路設計

如圖2所示，左側的GPIO接基帶處理器的GPIO，系統上電初始，基帶處理器的GPIO是高組態，系統的復位信號受PMIC輸出的Reset信號控制，復位時間70 ms。系統正常工作中，通過基帶處理器的GPIO輸出高低電平，控制三極管Q701進入放大區、線性區、飽和區等，實現DG3V通過R702對C707進行充電，或者C707進行放電，通過U701反相器反向后，得到低電平信號輸出到基帶處理器，實現系統的復位，復位時間為DG3 V通過R702對C707充電的時間，即1 M×10 μs× 70%=7 s，復位釋放時間由R703，C704，U702實現，其中U702是信號反相器，具體時間由C704上的充電時間決定，即330 k×1 μs×70%=231 ms[6-7]。

圖2 外部看門狗電路示意圖

實際使用中，系統在看門狗電路復位中，復位時間異常，變為只有幾百毫秒，通過分析電路圖，決定在GPIO接上與斷開，測試如圖2所示中，GPIO端，三極管Q701的基極B點、電容C704的A點，電容C707的C點等幾個與復位信號輸出至關重要的點的波形變化，來分析復位時間的異常，找到相應的解決方案。

將基帶的GPIO接入圖2的看門狗電路，斷開電阻R707測試A、B、C等點的波形如圖3所示，將基帶的GPIO接入圖2的看門狗電路，接上電阻R707再測試A、B、C等點的波形如圖4所示。其中①線為C706左邊GPIO處信號，②線為C706右邊，三極管Q701的基極心海，③線為C704下端A點處信號，④線為C707上端C點處信號。

圖3 A、B、C位置波形測試圖一

圖4 A、B、C位置波形測試圖二

從圖3、圖4中可以看出，當接上GPIO，接上電阻R707后（即看門狗電路接入系統中），Q701基極端電容C706充放電時間變短（圖3中②線表明有明顯的充放電過程，圖4的②線只有一個很短的脈沖），導致Q701導通時間變短，集電極電容C707上的電沒有被完全放掉，從而導致下次C707的充電時間變短。原因是在系統第一次上電時，系統工作正常后，基帶處理器有對GPIO初始化為低電平輸出的操作。

當不接R707時，系統不會被復位，GPIO接口仍然保持低電平，這樣電容C706能夠正常充放電；當接上R707后，系統被復位時，基帶處理器的GPIO變為高阻狀態，此時電容C706停止工作，三極管Q701導通時間變短，C707放電不完全（如圖4中的④線所示），從而導致復位時間異常［8］。

3 看門狗電路改進方案

如圖5所示，提出一個解決方案，增加GPIO處的1K下拉電阻R704，可以避免GPIO在系統啟動、復位以及其他任何情況下，均能保證此處的10 uF電容C706正常的充放電，不會因為GPIO的高阻態，導致C706的充放電異常，從而減小看門狗電路輸出的復位時間。

圖5 外部看門狗電路改進圖

增加一個EN控制以及相關電路R705，R702，Q702，使Q701出于導通狀態，Q701的集電極電平為低電平，從而看門狗電路始終輸出高電平，可以避免在主板在生產線上進行程序下載時，看門狗電路輸出不可控的復位信號，影響了程序的正常下載。

針對改進方案，測試其C706左右兩側，C704下端，C707上端的波形如圖6所示。①線為C706左側，接基帶處理器的GPIO信號波形，②線為C706右側，Q701的基極信號波形，③線為C704下端信號波形，④線為C707上端信號波形。將看門狗電路接入系統后，看門狗電路的復位時間如圖6中所示③線，大約為6 s左右，與理論值7 s接近，能滿足系統的需要[9]。

圖6 外部看門狗電路改進后波形圖

4 結論

根據此方案設計的LTE-A手機，使用較少的電子元器件，成本增加幾乎可以忽略，經過嚴格的測試，即使系統程序跑飛，都可以不采用撥電池的方式，能正常完成系統的復位和程序加載，整個時間在6 s左右，提高了系統的可靠性和穩定性，產生較好的經濟效益。

［1］林輝，焦慧穎，等.LTE-Advanced關鍵技術詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［2］沈嘉，索士強，全海洋，等.3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［3］3GPP TR 36.912.Feasibility Study for Further Advancements for E-UTRA（LTE-Advanced）［S］.09，2009.

［4］ITU-R WP 5D/580-E.Submission of TD-LTE-Advanced for IMTAdvanced candidate technology［S］.10，2009.

［5］張長青.TD-LTE演進型分組核心網技術分析［J］.移動通信，2013（8）：51-57.

［6］龔中字，趙開健.看門狗電路的探討［J］.自動化與儀器儀表，2007，130（2）：65，76.

［7］吳允平，李旺彪，等.一種嵌入式系統的看門狗電路設計［J］.電子器件，2010，33（5）：579-581.

［8］胡屏，柏軍.單片機應用系統中的看門狗技術［J］.吉林大學學報：信息科學版，2003，21（2）：205-208.

［9］劉發志，張東，楊艷，等.基于DM642的看門狗電路設計與應用［J］.艦船電子工程，2008，28（1）：120-123.

黃學達（1978-），男，漢族，四川宜賓人，重慶郵電大學，工程師，主要研究方向為LTE-A終端產品硬件研究，huangxue?da@163.com。

Research and Design of Watchdog Circuit on LTE-A Mobilephone*

HUANG Xueda，WENG Mingjiang*
（Chongqing University of Posts and Telecomminications，Chongqing CYIT Communication Technologies Co.，Ltd，Chongqing 400065，China）

Firstly，system structure of Long Term Evolution Advanced（LTE-A）mobile phone is introduced，then system program of LTE-A mobile phone is failure，which can recover by pulling out battery.Watchdog circuit scheme based on discrete device is proposed，accompanying with software control of Baseband processor General Purpose Input Output（GPIO），and reset time of watchdog circuit can be satisfied for system program reboot.Then system test are performed，the watchdog circuit is higher timeliness and reliability，and greatly improves the stability of LTE-A mobile phone system.

LTE-A mobile phone；watchdog circuit；discrete device；reset time.

TN41

A

1005-9490(2015)06-1292-04

1265

10.3969/j.issn.1005-9490.2015.06.017

項目來源：重慶市科委（cstc2013yykfc4003）

2014-12-03 修改日期：2014-12-26